거의 일주일만이네요.  

동물의 진실 번역해야되는데 너어어무 귀찮아요.  (사실 그걸 기다리는 분들이 더 많을텐데. ...)

귀찮은데 암것도 안하기는 좀 그래서 과학게시판에라도 글올려요.

이 글은 Vsauce 의 유투브 영상을 참고하여 만들었습니다.  (맨밑에 참고링크 달았어요)

그림자의 무게는 얼마일까?

참으로 어이없는 질문이지요.

그런데 과학적으로 과연 그림자의 무게를 재는게 가능할까요?

우리가 무게를 잴때 여러가지 방법을 사용하지만 그중에 가장 보편적인 방법은 저울을 이용하는 겁니다.

물건이 고체일 경우 단순히 저울에 올려놓고 액체나 기체같이 흐르는 것 이라면 용기에 담아 잰뒤 용기만의 무게를 따로 빼주시면 됩니다.

하지만 그림자같이 저울에 올릴수도, 용기안에 담을수도 없는것은 어떻게 무게를 재야 할까요?

일단 그림자가 드리우는 매체의 무게를 재는 방법이 있습니다.

천조각에 나타난 그림자라면 그림자 모양대로 자른뒤 저울위에 올려서 재시면 됩니다.

햇빛이 커튼에 가려 생긴 벽에 드리운 그림자라면 벽모양대로 부순뒤(...) 똑같이 재시면 됩니다.

생각보다 간단하죠?

하지만 여러분들이 원하시는 답변은 이게 아니란걸 저도알고있습니다.

위의 답변은 성의도 없고 정말 딱봐도 멍청한 짓이지요.

매체에 따라 무게가 달라진다는것은 말로 할것도 없고요.

하지만 딱히 이런방법을 제외하고 좀 더 과학적으로 그림자의 무게를 잴 수 있는 방법이 있을까요?

일단 그림자의 정의부터 알아봅시다.

위키백과에 의하면 “그림자는 빛의 경로 상에 불투명한 물체가있을 때 빛의 직진성 때문에 물체에 빛이 통과하지 못하여 생기는 어두운 부분을 말한다” 입니다.

즉 그림자는 빛의 부재라는 겁니다.

아하! 그렇다면 빛의 질량은 0 이니까 빛이 없는 상태인 그림자의 무게는 사실상 언제나 0 이라는 소리군요!

그렇게 쉽게 생각하고 넘어갈수도 있지만 좀 더 복잡하고 과학적이게 파봅시다.

빛의 질량이 0 인것이지 빛의 무게는 0 이아니니까요.

어? '무게하고 질량하고 뭐가 다르지?' 라고 생각하시는 분들도 있을꺼에요.

사실 지구에서는 둘은 거의 같은 의미니까요.

대부분의 사람들은 생선이나 고기를 마트에서 구매 할 때 몇 킬로그램 나가냐고 물으면 얼마나 무게가 나가는지 묻지 얼만큼 질량을 가지고있는지 묻지는 않으니까요.

하지만 둘에는 엄연히 차이가 있습니다.

모르시는분들을 위해 둘의 차이점을 적어드릴게요.

무게는 사실 물체에 작용하는 중력의 크기, 곧 힘입니다. (Force, 자주쓰는 단위에는 N(뉴턴) 이나 kgm/v²)

질량은 장소에 따라 변하지 않는 물체의 고유한 양입니다. (Mass, 자주쓰는 단위에는 kg 이나 g)

똑같은 물체라도 다른 크기의 중력안에 있으면 무게가 달라지지만 질량은 그대로 라는 것입니다.

또 둘의 단위를 보시다 싶이 둘의 관계는 뉴턴의 제 2법칙(F=ma)으로 이어져있습니다.

F = mg (여기서 F = 무게, m = 질량, g = 중력가속도)

즉, 질량에 중력가속도를 곱하면 무게가 나옵니다.

지구에서의 중력가속도는 9.8m/s² 라고 이미 알려져있기에 위의 값은 물체의 질량과 매우 근접합니다.

하지만 중력가속도가 다른곳에서 똑같은 체중계로 무게를 재게되면 전혀 다른값이 나옵니다.

만약 우리의 위성, 달에가서 무게를 재게된다면 달의 중력은 지구의 1/6 이기 때문에 지구의 1/6 에 해당하는 무게가 나옵니다.

자 이제 질량과 무게의 차이점을 대충 알게되었으니 본 질문으로 넘어가봅시다.

우리가 구하려는 것은 그림자의 질량이 아닌 '무게'입니다.

그런데 여전히 빛의 질량은 0 이기 때문에 F= mg 에 의해서 빛의 무게조차 사실 0입니다.

그러면 빛의 무게가 0 이란 소리는 그림자의 무게도 0 이라는 소리군요!

다풀었네 껄껄껄.

ㄴㄴ. 아직 넘어가기에는 이릅니다.

우리는 빛이 질량을 가지고 있지 않다는 것을 알고 있지만 빛이 가지고 있는 것도 알고있습니다.

뭐냐고요?  바로에너지죠. 빛에너지!

비록 빛이 질량은 없지만 빛에너지도 에너지의 일종이기 때문에 물체와 부딛치게 되면 그 물체를 밀어냅니다.

그렇기 때문에 물체의 무게에 영향을 줍니다.

이밀어내는 에너지는 매우 매우 작지만 그래도 없는것은아닙니다.

얼마나 작냐고요?

지구에서는 1m² 의 면적마다 7.7*10 ^-7 kg 만큼 영향을 줍니다. (0.00077 그램 혹은 0.77 밀리그램)

평균남자의 표면적이 1.9m² 라는것을 생각해봤을때 빛을 받으면 실제보다 1.54 밀리그램만큼 더 나갑니다!

여기선 별거 아닌 무게지만 좀 더 큰 스케일로는 무게도 커지게됩니다.

빛이 부딛친다는 말은 빛이 닿는다는거니 빛이 없는 그림자의 경우에는 오히려 빛의 무게만큼 적게 나가겠군요!

그렇답니다! 그림자가 있으면 무게가 적게 나간다는 소리입니다!

실제로도 빛이 담겨있는 박스가 안이 텅텅 빈 박스보다 더 무겁답니다! 

사람의 경우도 당연히 마찬가지인데 어둠속에서 무게를 재면 1.54 밀리그램만큼 더 가볍답니다!

단숨에 다이어트도 가능해요! 이름하여 빛다이어트!  이제 내가 특허만 내면됨.

(근데 어두워서 저울 눈금도 안보일듯..)

근데 밀리그램이 너무 작아서 실감이 안난다고요?

비슷하게 무게가 나가는 것들을 비교해서 이해시켜 드릴게요.

깃털, 페이퍼클립, 미국1달러 지폐, 빨대 정도가 대충 1그램정도나갑니다.

1 밀리그램은 1/1000 그램인데 일상활에서 이만큼 가벼운건 전 모르겠네요.

이정도면 맨눈에도 보이지도 않기 때문에 밀리그램은 약성분의 무게를 잴때나 사용한답니다 껄껄.

제가 아까 특허낸다 했나요?  그말 취소함  ㅇㅇ;;

하지만 이렇게 숫자가 작다해서 영향력이 전혀 없는것은아니랍니다.

지구와 달리 자기장과 대기가 존재하지 않는 우주에서는 빛에너지가 큰 영향을 미친답니다.

만약 지구에서 화성까지 우주비행선을 날린다면 빛에너지에 의해 실제보다 1,000km 떨어진 곳에 착륙하게 됩니다.

(또 이것이 혜성의 꼬리가 항상 태양으로부터 반대쪽으로 향하는 이유이기도 합니다.)

그렇기때문에 우주여행을 할때 이 점을 항상 염두하고 경로를 만들어야합니다.

빛에너지가 실제 우주여행에 이용된 예로는 일본의 이카로스 (IKAROS:Interplanetary Kite-craft Acceleerated by Radiaion of the Sun, 직역하자면 태양복사로 가속하는 우주 연) 탐사선이 있습니다.

이카로스는 태양광을 받음으로써 생기는 미미한 압력만을 동력으로 우주를 여행합니다.

이 탐사선의 가장 큰 장점은 태양열만을 이용하기때문에 연료가 따로 필요없다는 것입니다.

이카로스는 2010년 5월달에 발사되었고 7월달에 이카로스가 단지 0.0001kg의 태양압력만으로 이동하고 있다고 전달되었습니다.

이 숫자는 매우 조그맣지만 태양광은 무료 연료라는 점과 6백만km 이상의 떨어진 거리에서 실현했다는것이 감탄하지 않을수없습니다.

실제로 SF 영화나 소설에 나올만한 태양동력 우주선 발명에 한발짝 더 다가선 셈이지요.

이카로스 이야기가 머나먼 우주여서 현실감이 좀 떨어졌다면 좀 더 주변에서 볼 수 있는 경우도 말씀드릴게요.

그건 바로 오스트레일리아 국립대학에서 빛으로 매우 조그만 입자를 20인치떨어진곳에 들어서 옮겼다는 것입니다.

그들에 의하면 10 미터의 거리까지 언젠가는 성공하게 될 것 이라고 하는데요 조그만 입자라는 점이 별로 대단하지는 않지만 조금만 바꿔서 생각해보면 다른 방법으로는 옮길 수 없는 바이러스나 세포, 가스 분자들도 옮기는게 가능할수도 있단 소립니다.

그렇다면 현실에서 불가능한 치료법도 개발될 것 이고 더 많은 불치병들의 치료법을 찾을 수 있겠지요.